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电磁流量计

华陆仪表智能电磁流量计的安装、组态及故障处理

        对电磁流量计的正确使用进行了介绍。主要包括四个方面:(1)电磁流量计的双频励磁原理;(2)安装注意事项;(3)利用面板和BT智能终端进行参数组态的方法;(4)常见故障分析及处理措施。实践表明,电磁流量计正确使用能减少故障,提高测量精度,延长仪器使用时间。

        流体计量常用的流量计有电磁流量计、差压式流量计、涡轮流量计、超声波流量计等,这些流量计各有特点。尤其是电磁流量计因其测量过程不受被测介质温度、粘度、密度等因素影响,测量速度快、精度高、口径宽、线性度好,与被测介质不接触,耐腐蚀、抗磨损,流体压力损失小,广泛应用在工业、农业、医学等多个领域,特别是在工农业及城市给水排水中,电磁流量计逐渐成为计量的主流仪表[1,2]。但是,电磁流量计也有其不足,安装使用不当会导致计量误差偏大,降低控制精度,影响产品质量。本文以苏州华陆仪器仪表有限公司的电磁流量计为例,结合笔者的工程实践,介绍电磁流量计安装、使用和注意事项,并分析几种故障的产生原因及处理措施。.. 

        1电磁流量计的工作原理

        电磁流量计的工作以电磁感应定律为基础,即当一个导体在电磁场中运动,并且运动方向垂直于电磁场时就会产生感应电动势,所产生的感应电动势的方向垂直于导体运动和电磁场运动的方向,感应电动势的大小与导体的运动速度和磁场的磁感应强度成正比。当导电流体以平均流速V(m/s)通过一根内径为.. D (m)的管子时,若管子内存在一个磁感应强度为B(T) 的磁场,那么就可产生一个垂直于磁场方向和流体流动方向的电动势.. E(V):E=DVB   (1)容积流量Q(m3/s):.. Q=πD2V/4 (2)将式(1)代入式(2)并处理得: E=(4 B/πD)×Q (3)

  如B是常数,那么从式(3)可看出, E与Q成正比。电磁流量转换器把电动势E放大并转换成标准4~20mA电流信号或脉冲信号输出,作为对应的流量信号。.. 

        1.1双频矩形波励磁原理

        电磁流量计常用励磁方法有直流励磁、工频正弦波励磁、低频矩形波励磁和双频矩形波励磁。直流励磁技术不产生涡流效应、变压器效应,但存在电极极化效应和零点飘移。工频正弦波励磁能消除电极极化效应,但是会带来一系列电磁感应干扰和噪声。低频矩形波励磁既具有直流励磁技术不产生涡流效应、变压器效应(正交干扰)的特点,又具有工频正弦波励磁基本不产生极化效应、能避免直流放大器零点漂移、噪声、稳定性等问题的优点,以及有较好的抗干扰性能,得以在电磁流量计中广泛应用。但是它在测量固液两相导电性流体(如工业废水)时,存在泥浆干扰与流体噪声[3]。双频矩形波励磁技术成功地解决了电磁流量计的零点稳定和对液固两相导电性流体以及低导电率流体流量的适应问题,开拓了电磁流量计新的应用领域。

        ADMAG AE电磁流量计采用双频率励磁原理,在电磁流量计测量管内形成含有两个频率分量的电磁场:高频励磁分量不受液体干扰的影响,而低频励磁分量则有着极好的零点稳定性,根据高、低频定时检测到的各分量信号经过计算,便可得到流量信号。

        ADMAG AE电磁流量计的测量原理如图1所示。一个由高低频分量迭加而成的电磁场通过励磁线圈被施加到被测液体中,励磁波形是在一个低频矩形波上迭加一个高于市电频率的矩形波而得到的波形。在产生的电动势中,低频分量通过一个大时间常数的积分电路获得一个零点稳定性好的平稳流量信号。而由浆液或低电导率流体产生的低频噪声可被不受噪声影响的高频采样电路所抑制,有着同样时间常数的流量信号经过一个差分电路以确定流速信号的变化,把这两种不同频率采样所得的信号结合起来可获得一个稳定实时的流速信号,该信号不受噪声干扰,且有较高的零点稳定性。.. 

        1.2电磁流量计的组成

        电磁流量计主要由变送器(又称一次装置、检出器或传感器)和转换器(又称二次装置或变换器)及流量显示仪表三部分组成,如图2所示。变送器的作用是将通过测量管的被测液体的流量转换为相应的感应电势。转换器则是把电磁流量变送器输出的与流量成比例的毫伏级电压信号放大,并转换成为可被工业仪表接收的标准直流电流信号或脉冲信号输出,以便与其它仪表及调节器配合,实现流量的指示、记录和运算。.. 

        2电磁流量计的安装

        电磁流量计根据电磁感应原理工作,因此安装时应远离变频器、变压器、电动机等易产生电磁干扰的设备,安装位置应避免阳光直射。被测流体电导率应基本均匀。同时还应注意以下几方面:

        (1)要有“足够”长度的上下游直管段

        为了使现场使用的流量仪表获得与实流校验相同的精度,一定要满足规定的流动条件。电磁流量计工作时要求上游流体均匀流动,下游配管件的扰动不会上溯影响测量值,即要求一定长度上下游直管段。一般要求在电磁流量计上游的各种阀门、弯管、缩径管等距流量计的直管段的长度必须在5~10D以上(D是流量计的内径),下游直管段长度应在2~3D以上。

        (2)液体应始终充满管道

        智能电磁流量计可以水平、垂直或与水平成任何角度安装,但是管路结构必须保证测量管中始终充满液体,否则就会产生误差。当不得不装在自上而下的垂直管道上时,流量计应装在管道的下部,且流量计下游装有节流阀门使下游产生一背压。

        (3)液体中无气泡

        管路设计应确保液体中不会分离出气泡。因为阀门动作时,会使管道中的压力变化,从而产生气泡,所以,流量计应安装在阀的上游。

        (4)电极所在平面应与地面平行

        电磁流量计水平安装或与地面成一角度时,电极连线与地面平行。如果电极连线与地面垂直的话,上一个电极附近容易集结气泡阻挡液体与之接触,而下面的电极容易被泥浆覆盖。图1ADMAG AE测量原理示意图.. 图2电磁流量计组成框图

        (5)液体电导率应稳定

        不要把电磁流量计安装在流体电导率极不均匀的地方。尤其在仪表上游有化学物质注入的情况下,极易导致电导率的不均匀性,从而对仪表指示产生严重影响。在这种情况下应在仪表下游注入化学物质,如需在上游注入则注入点应与流量计保持一定距离,使液体混合均匀。

       (6)接地

        由于智能电磁流量计的感应信号电压很小,容易受噪声的影响,因此流量计必须良好接地。电磁流量计都配有接地环,其作用是通过与液体接触,建立液体接地,并且保护内衬,只有这样才能保证传感器的基准电位、转换器/放大器的基准电位都与被测液体电位相同,也与地电位相同,减少噪声对测量结果的影响。必须强调,电磁流量计一定要单独接地。因为若与其他仪表或电气装置共同接地,接地线中的漏电流对测量信号将产生串模干扰,严重时流量计将无法工作。另外,接地点应远离大型用电器,避免地电流串入流量计,造成干扰源。此外,在安装过程中还应注意:焊接时千万不可碰伤流量计里面的电极和橡胶衬里(电极一般为两粒白色金属点),安装流量计时,法兰之间应加橡胶垫圈,以防漏水。阴雨天应避免室外接线。.. 

       3 电磁流量计的使用.. 

       3.1接线

       一般的过程测量仪表都是二线制仪表,电源和信号共用两根电线。而电磁流量计则采用四线制,电源与信号线分开,既可用直流供电也可用交流供电,输出信号既有电流信号也有脉冲和报警信号,接线时必须注意,不能将电源线和信号线接错,以免损坏流量计。.. 

       3.2参数设置

       智能电磁流量计从与流体的流速相对应的微小感应电压中计算出体积流量,并输出1个4~20mA的信号。为保证获得正确的信号,使用前必须设定3个参数,即通径、仪表系数和流量量程,其中前2个参数出厂时已经校好,用户不需要设定,而流量量程即输出电流为20mA时的瞬时流量值,使用前必须进行标定。此外,流量计的显示模式、报警模式等也必须设定。流量计的参数设置(组态)有两种方法:其一是利用显示面板上的按键,其二则是利用手持智能终端。.. 

       3.2.1面板按键设定

       ADMAG AE系列电磁流量计一般都配有显示面板,其上有6位LCD显示器、3只按键和状态指示灯等。数据显示类型有三种模式:流量数据显示模式、设定模式和报警显示模式。利用SET、SHIFT和INC三个键的组合就可以设定所有的参数,如显示模式、显示单位、量程等。具体设定应参照电磁流量计的使用手册。.. 

       3.2.2BT智能终端设定

       具有智能通信功能的仪表能与智能终端通信。横河的智能终端有BT100、BT200等型号,简称BT智能终端,它们采用BRAIN 协议,将1个±2mA、2.4kHz的调制信号迭加到4~20mA的模拟信号上用作信号传输。由于调制信号是交流信号,所以迭加不会影响模拟信号的数值。BT智能终端与流量计的连接有两种方式:其一是直接与流量计端盖下面的BT端子相连,这种方式适用于现场调试或流量计不具备智能通信功能的情况;其二是与.. 4~20mA直流信号线的连接,BT智能终端可以连接在从控制柜到流量计信号线的任何位置,蕞大距离可达2km,只要保证整个回路的负载电阻在250~750Ω之间,就可以可靠地通信。这种方式操作者不必去现场,在控制室就可对流量计进行设置和在线监测,是使用蕞多的一种方式。BT智能终端采用菜单式操作,可以随时显示和修改电磁流量计的各种参数,其基本的操作有:

       (1)流量计自检:任何流量计在使用以前或出现故障时,应首先进行自检,利用流量计的自检功能,可以了解流量计的状态,确定故障的内容和范围,以便检修和维护。只有自检正常的仪表才可正常工作。

       (2)量程调整:流量计在使用以前和使用一段时间以后,必须调校零点和量程,保证流量计输出的20mA对应蕞大瞬时流量。无流量时输出为4mA,即获得一个与流量成正比的4~20mA信号,减少测量和转换误差。

       (3)显示方式设置:流量计的显示方式可以根据需要进行设置,如显示的位数、显示的单位、显示瞬时流量或累积流量、显示量值的大小或其百分比等,用户可根据需要选择。

       (4)报警设置:可以预先根据需要设定报警电流的大小,选择报警输出的方式,设定报警状态等,以便出现故障时提醒操作者及时处理,避免故障进一步扩大。

       (5)其它设置:操作者还可根据实际情况设定流量计的时间常数,消除脉动流,改变液体的流向等。.. 

        4 智能电磁流量计常见故障及处理措施.. 

        4.1 液体中含有气泡的现象

        现象:液体中含有气泡现象导致测量不准或测量值波动(输出波动)。成因:液体中泡状气体的形成有从外界吸入和液体中溶解气体(空气) 转变成游离状气泡两种途径。若液体中含有较大气泡,则因擦过电极时能遮盖整个电极,使流量信号输入回路瞬间开路,导致输出信号出现晃动。.. 判别方法:简单判别方法是当遇到晃动时,切断磁场励磁回路电流,如果此时仪表依然有显示且不稳定时,说明大多是由于气泡影响造成。如果此时以指针式万用表测量电极电阻,可测量到电极的回路电阻要比正常时高,但该测试需要靠专业人员长期积累的测试经验和数据。解决方法:对于被测介质中含有空气的情况,如果判断是由安装位置引起的,如因电磁流量计装在管系高点而滞留气体或外界吸入空气造成流量计晃动的话,更换安装位置是蕞彻底的解决方法,在管线蕞低点或采用U型管安装。但很多应用情况是口径较大或者安装的位置不易改换,建议在流量计上游安装集气包和排气阀 4.2 电极腐蚀

        现象:在排除气泡的因素后有因电极腐蚀而造成测量值晃动的情况,且都以传感器失效而告终。成因:由于电极材料的选择不当造成电极为被测液体所腐蚀,从而导致流量计输出晃动。判别方法:由于电极材料不耐腐蚀所造成的故障只有在电极被腐蚀后才会表现出来,之前通常无法判别。解决方法:只有更换新的电极。传统的电极腐蚀故障诊断处理都属于事后维护处理的方法。 

        4.3电极结垢

        现象:应用于原水和污水等计量环境,电极结垢的发生几率较高。当电极结垢时,表现为信号逐渐减小,直至绝缘而使得信号回路开路,此时流量信号被隔绝。成因:当被测介质的粘度较高时,易在管壁附着和沉淀,若附着的介质是非导电物质,就形成我们日常所说的电极结垢,使电极开路而不能工作。解决方法:建议选用不易附着的尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。 

        4.4 外部强电磁场干扰

        现象:信号失真,输出信号表现非线性或信号晃动。成因:由于流量信号小易受外界干扰影响,而干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场等。电磁流量计的设计制造应符合电磁兼容性要求,在规定辐射电磁场环境下能正常工作。但现场应用表明,强磁场干扰会导致磁场回路饱和及外部磁场进入电磁流量计的磁场回路并形成杂散磁场而影响输出的线性度。电场干扰则是由于噪声破坏测量管内电势平衡造成输出信号波动异常。判别方法:当输出信号表现为非线性时,可通过专用的模拟信号仪来判断,如电磁流量计转换器的输出为线性,可判别为外界的磁场干扰影响,反之也有可能是电磁流量计本身的电器故障。对电场干扰,可在先不加激磁电流时用示波器测量两极间的电势,其值应为零,如测得有交流电势,则可判别为漏电流等电场干扰。解决方法:防止磁场干扰,通常只有将电磁流量传感器的安装位置远离强磁场源。强电场干扰的防止,可采取增强屏蔽等措施。如仍无效,则可将电磁流量传感器与连接管道绝缘。

        总之,电磁流量计以其稳定性好和精却度高、可双向计量等优点广泛应用于给水的计量中。但由于其操作有一定的隐蔽性,以及其测量的非直观性,常常使用户对使用电磁流量计进行计量的水量产生种种怀疑进而引起纠纷。因此,若电磁流量计用作流体计量结算时,应加强仪表安装前的依法管理工作。此外,电磁流量计还存在一些局限性,如工作温度一般不高于120℃、不能测量蒸汽等。全面了解电磁流量计的特点,有助于我们更好的使用。

点击次数:  更新时间:2016-04-27  【打印此页】  【关闭

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